单元式定型化挂脚手设计与施工*

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

1 工程概况

上海船厂（浦东）区域2E5-1地块T1楼位于上海市陆家嘴区域，地面以上结构总高度为255.35 m，55 层，现浇混凝土框架核心筒结构，9层以下层高为4.5 m，9层以上标准层高为4.2 m，非标层高有4.4 m以及4 m+2.2 m避难层，结构平面布置如图1所示。

图1 T1楼主楼及核心筒平面结构示意

在超高层结构施工中，竖向结构通常采用挑排脚手、液压爬模以及整体钢平台等施工方式。

本工程在塔吊间（核心筒左下角），采用上海建工集团自主研发的液压爬模施工。而原塔吊设计为了保证塔吊能覆盖最大半径范围，所以塔吊一侧与混凝土墙体距离较小，爬升框到墙面距离仅为1 195 mm，如图2所示，而且在这狭小的空间还要完成塔吊翻转钢梁工作，因此无法采用液压爬模。

图2 塔吊平面布置

因此，核心筒右侧需单独采用另一种施工体系与液压爬模配合。传统的挑脚手效率较低，与液压爬模体系无法贯通，不能同步进行，无法满足本工程施工要求。因此，有必要在塔吊与墙面间设计一种操作简单便捷的施工架体解决上述问题。

2 单元式定型化挂脚手设计[1,2]

本设计为单元式定型化挂脚手，均采用钢构件预加工，地面拼装完成后，一次性吊装到施工楼层，施工提升过程中，采用塔吊整体提升，中间无须拆卸，节约了施工时间。

本单元式定型化挂脚手有如下特点：

（a）挂脚手为单元式，每个单元独立受力，中间通过翻板相连，施工中连通，爬升过程中翻板打开；

（b）挂脚手分为下部三脚架承重体系和上部钢结构操作平台架，钢结构操作平台共5 层，下部3 层为模板操作层，上部2 层为钢筋操作层，其施工操作层布置与液压爬模体系高度一致，从而可以实现操作层贯通，便于施工开展，操作平台架荷载通过下部钢大梁传递到2 榀三脚架上，三脚架挂载于墙体预埋螺栓上，形成稳固的体系，如图3所示；

图3 定型化挂脚手立面示意

（c）挂脚手下部采用三脚架和预埋螺栓支撑在混凝土墙面上，其预埋螺杆与爬模用预埋螺杆相同，承载力高，如果墙面处有开洞，则采用型钢横梁支撑，如图4所示；

图4 挂脚手三脚架

（d）架体立柱采用脚手管，横梁采用双拼50 mm×50 mm×5 mm角钢，上铺钢板网，如图5所示。

图5 定型化挂脚手操作平台剖面及平面示意

3 计算分析

3.1 工况分析

在这里分析2 种情况。

工况一：架体使用工况，即架体通过预埋螺栓连接承重三脚架，上部支撑架体结构，架体上面有施工人员，该工况包含架体自重和施工活荷载。

工况二：架体处于提升工况，采用塔吊四点提升，一次将一个单元架体提升一个层高，此时只包含架体自重。

3.2 荷载

（a） 自重。主要为架体结构以及围护设施的质量。（b） 施工荷载。最上层施工活载为2.5 kN/m2，其余各层均为1 kN/m2。

3.3 有限元模型

有限元模型如图6所示。

图6 定型化挂脚手有限元模型

3.4 定型化挂脚手计算结果

3.4.1 使用工况

架体最大应力为36.5 MPa，底部撑腿辅助梁最大应力为76.9 MPa；挂架最大变形为3.92 mm，应力与变形均满足施工安全性和适宜性要求。撑腿辅助钢梁对混凝土水平推力为11.7 kN（图7），挂钩预埋件拉力为11.7 kN，挂钩预埋件竖向力为24.9 kN（图8）。

图7 定型化挂脚手三脚架水平反力（单位：kN）

图8 定型化挂脚手三脚架竖向反力（单位：kN）

承载螺栓为M30螺栓，材料为45#钢，Rc25-30调质处理，其强度可以满足上述承载力要求。

螺栓与混凝土接触处的混凝土冲切承载力验算如下：

承载接头所受拉力最大为F=30.3 kN，混凝土强度为C15，抗拉强度设计值，ft=0.91 N/mm2，接头埋入长度s=400 mm，接头末端采用弯头形式，保守考虑取d=30 mm。

2.8×（d+s－30）×（s－30）ft=2.8（30+400－30）×（400－30）×0.91=377 104 N=377.1 kN，所以F=24.9 kN＜377.1 kN，混凝土抗冲切满足要求。

3.4.2 提升工况

提升过程采用四点起吊，提升工况下架体最大应力为21.6 MPa。架体最大变形为6.95 mm。各吊点提升力总计为22.6 kN。在塔吊提升能力范围内。

4 单元式定型化挂脚手施工

4.1 挂脚手施工平面部署

本工程塔吊间采用液压爬模与挂架相结合，设置4机位液压爬模1 部，编号N1，设置5 个单元挂架，编号分别为1#～5#，如图9所示。

提升过程中，临边围护的拆除顺序是重要的安全控制因素，因此特别规定如下：

（a）首先对1#及5#与内爬架N1相邻处临边进行封闭，临边采用脚手管临时封闭，翻板翻起；

（b）提升内爬架N1；

（c）2#与1#临边、4#与5#临边采用脚手管临时封闭；

图9 挂脚手平面布置

（d）1#、5#挑脚手整体起吊1 层；

（e）2#与3#、3#与4#挑脚手临边采用脚手管进行临时封闭；

（f）2#、4#挑脚手整体起吊1 层；

（g）3#挑脚手整体起吊；

（h）从液压爬模与1#架之间临边开始，到5#架与爬模临边结束，顺序依次拆除临时围护，工作状态围护连接。

4.2 挂脚手施工标准层施工流程

本次定型化挂脚手为单元式设置，T1有5 个挂脚手单元，施工完一层后，将其用塔吊分别提升到下一层，与预埋螺栓连接后固定，标准化施工流程如下：

流程一：浇筑第N层混凝土，此时挂架挂装在第N-1层预埋螺栓上；

流程二：第N层混凝土养护期间，绑扎第N+1层混凝土钢筋；

流程三：N+1层混凝土绑扎完成后，此时N层混凝土已经达到预定强度，拆除该层墙体侧模，采用塔吊分别提升各单元定型化挂脚手，提升后将挂架挂载于第N层混凝土预埋螺栓上；

流程四：第N+1层合模，并浇筑该层混凝土，如此循环进入下一个施工流程。

5 结语

单元式定型化挂脚手可以解决本工程塔吊间操作空间狭小的问题，并且操作便捷，可以同时进行模板和绑筋施工，每层施工完成后通过塔吊整体提升。

各单元式架体受力合理，变形小，能够满足施工中安全性和适宜性要求，架体自重较小，满足塔吊提升能力要求。